中文摘要：

立方氮化硼(cBN)的超高硬度、优异热传导性和化学稳定性、6.1-6.4eV的禁带宽度和简单易行的p型和n型掺杂，使其作为宽禁带半导体极具应用前景。申请者经过十多年cBN薄膜的研究，取得了如下的突破性进展利用1500K高温退火成功释放了cBN薄膜的残留压缩应力，在石英和硅衬底上制备了厚度超过200纳米、纯度超过98%的稳定cBN薄膜；实现了cBN薄膜的实时硫掺杂、所制备的S-cBN/p-Si和cBN/n-Si异质结的室温整流比达3-10万倍。本项目将以此为基础，深入基于cBN薄膜的太阳盲紫外光电探测器设计与制备过程中的基础问题研究。系统考察离子注入、双极性溅射等方法对cBN薄膜的掺杂并调整能带结构的，探索cBN薄膜的微观结构、薄膜与金属电极的接触和深紫外响应特性与器件功能的内在关联和规律，试制MSM和PN型肖特基结构紫外光电探测器件。并初探其在极端条件的可能应用。

结论摘要：

项目按计划顺利完成，主要研究集中在 cBN薄膜的残留压缩应力的产生原因以及与IR吸收的关系；cBN薄膜中的空位、硫掺杂、锌掺杂等对薄膜的电学性能的影响；基于S掺杂cBN的紫外光电探测器的试制等。具体成果 1. 在国际上首次报导，在cBN薄膜中的hBN位于780 cm-1附近的IR吸收峰，随薄膜中残留压缩应力而发生红移，这样可以无干扰并无损测定薄膜中的残留压缩应力。并确定，在cBN薄膜制备过程中的成核阶段并不需要特别高的压缩应力，从而解析了cBN成核阶段的压缩应力问题。该成果对理解cBN的成核生长机理具有重要意义。 2. 发现cBN薄膜在积累残留压缩应力时，虽不引起声子态密度改变，却引起有序晶区内所有晶胞总自由度的改变。据此确定薄膜中的Ar间隙原子是应力产生的根源。间隙Ar原子的分布不均匀导致压缩应力的分布不均匀，这是IR的吸收峰的宽化的根源。并且彻底解析cBN薄膜的IR吸收与残留压缩应力的关系。为成功释放cBN薄膜的残留压缩应力提供了理论依据。 3. 发现在cBN中形成B空位在能量上更加有利。出现B空位时，引入受主能级；出现N空位时引入施主能级。无论引入B空位还是N空位，都引起禁带宽度变窄，空位处电子态密度会明显降低，但是不为零。B空位导致cBN在可见光区域出现明显的吸收带。随着空位浓度的增加，cBN在可见光区域的吸收逐渐增强，而在深紫外区域的吸收逐渐减弱。这对制备cBN光电子器件的具有重要参考价值。 4. 理论上，确定S替代B位能量上更有利，并可以有效降低B空位的浓度。同时在禁带中形成深杂质能级，呈n型。实验上，优化了cBN的S掺杂，确定S进入B位，使cBN的禁带宽度下降到4.34eV。所制备的日盲区MSM型cBN紫外光电探测器在254nm处的抑制比达到两千倍。达到了项目预期目标。当然，B空位的存在，对日盲区的光电响应有一定干扰。同时解明了Zn掺杂cBN的机理，确定Zn替代B位的形成能较低，但可以通过制备工艺调控Zn的替代位置。Zn替代B将在价带顶形成浅的受主能级，但是由于ZnB与邻近N原子电负性差异较大，受主能级局域化严重；当Zn替代N掺杂cBN将同时引入深受主能级和浅受主能级，相比ZnB而言，ZnN将能够提供更多的自由载流子。